聚硼硅氧烷改性硅胶与发泡聚氨酯动态力学性能研究

摘要

聚硼硅氧烷(PBDMS)是一种具有特殊流变特性的高分子智能材料，这类材料在低应变率下呈流动态，当受到冲击时材料会表现出固体状态从而消耗大量能量，因此材料具备抗冲击及缓冲吸能效果。 本文主要通过硼酸与羟基硅油制备PBDMS，分析PBDMS的流变特性，及与硼化交联密度、羟基硅油(PDMS)的羟基含量的关系。与此同时，本文利用PBDMS改性双组份液体硅胶与发泡聚氯酯，分析改性前后材料的动态力学行为、缓冲吸能效果、抗冲击性能等，以及与硼化交联密度、羟基硅油含量、二氧化硅颗粒填充量之间的关系。研究结果表明： (l)PBDMS的粘度会随着剪切速率的提高而提高。同时随着PDMS羟基含量的提高及硼化交联密度的增大，最高粘度值会上升，增稠效果更加显著。硼化交联密度有一定的饱和值，当PBDMS的硼化交联密度达到饱和时，PBDMS的最高粘度值也趋于平稳，羟基硅油(8.5%)与硼酸的羟基比例为1∶3时,PBDMS的增稠效果最强。 (2)不同羟基含量的PDMS制备的PBDMS改性硅胶时，随着硼化交联密度及PDMS羟基含量增大，PBDMS改性硅胶的损耗模量与储能模量增大，阻尼因子减小，并且随着频率的提高，改性硅胶的损耗模量与储能模量也会随之提高，PBDMS的动态力学性能越好，材料在具有更高的阻尼耗散能力的同时具有更高的回弹性能。PBDMS改性液体硅胶之后，可以提高硅胶的缓冲吸能效果，并且其规律与动态力学性能规律相一致，即羟基含量越高，硼化交联密度越高，材料的缓冲吸能越好，在该次实验当中，羟基含量为8.5%的PDMS与硼酸含量比为1∶3所制备的PBDMS改性液体硅胶的缓冲吸能效果最好。 (3)在PBDMS改性液体硅胶当中，二氧化硅颗粒的填充量越高可以提高的材料的损耗模量及储能模量，提高了材料的动态力学性能，但是填充量有一定的饱和值，当二氧化硅颗粒含量增大到8%时，材料的填充量基本达到饱和，此时的动态力学性能趋于稳定。利用霍比金森杆测试后发现PBDMS改性之后的硅胶要比纯硅胶的抗冲击性能好，获得了更高的强度。并且在一定范围内，冲击的应变速率越高时，PBDMS对硅胶的抗冲击性能提升越明显，PBDMS硅胶表现出应变速率敏感效应。随着二氧化硅颗粒含量的增大，PBDMS改性硅胶的抗冲击性能也会随之增大直到填充量饱和，最优填充量为8%。 (4)PBDMS改性发泡聚氨酯时，硬度会有所下降；同时在PBDMS改性发泡聚氨酯的缓冲吸能效果要强于纯发泡聚氨酯。PBDMS改性发泡聚氨酯后可以提高发泡聚氨酯的动态力学性能，使得材料在受力时获得更好的弹性且具有更优的消耗变形能量的能力，即更高的储能模量与损耗模量，并且在高频下，材料动态力学性能的提升更为显著。

目录

声明

1 前言

1.1 研究背景及意义

1.1.1剪切增稠材料发展现状

1.1.2 剪切增稠效应及原理

1.2 PBDMS的基本特性及二氧化硅颗粒填充

1.2.1 PBDMS的制备方法

1.2.2 PBDMS的基本特性及影响因素

1.2.3 二氧化硅颗粒填充

1.3 PBDMS改性聚合物复合材料

1.3.1 PBDMS改性液体硅胶

1.3.2 PBDMS改性发泡聚氨酯

1.4 课题的研究目的、意义及内容

1.4.1 研究目的及意义

1.4.2 研究内容及路线

2 样品的制备与表征

2.1 实验设备简介

2.2 样品的制备

2.2.1 PBDMS样品的制备

2.2.2 PBDMS改性液体硅胶的制备

2.2.3 PBDMS改性发泡聚氨酯的制备

2.3 样品的表征及性能测试

2.3.1 微观组织结构分析

2.3.2 激光粒度分布仪

2.3.3 傅立叶红外光谱仪

2.3.4 流变性能分析

2.3.5 动态力学性能分析

2.3.6 抗冲击力学性能分析

2.3.7 缓冲吸能性能分析

3 PBDMS结构及性能研究

3.1 PBDMS红外光谱分析

3.2 PBDMS流变性能分析

3.3 PBDMS剪切增稠机理分析

3.4本章小结

4 PBDMS改性硅胶结构与性能研究

4.1 PBDMS改性硅胶形貌

4.2 PBMDS改性硅胶动态力学性能分析

4.2.1 PBDMS改性硅胶动态力学分析

4.2.2 PBDMS改性硅胶冲击透过力实验分析

4.3 二氧化硅颗粒填充量对PBDMS改性硅胶力学性能影响

4.3.1 二氧化硅亚微米颗粒粒度分布

4.3.2 二氧化硅颗粒填充量对改性硅胶动态力学性能影响

4.3.3 PBDMS改性硅胶霍普金森杆实验分析

4.4 本章小结

5 PBDMS改性发泡聚氨酯结构与性能研究

5.1 PBDMS改性发泡聚氨酯结构

5.2 PBDMS改性发泡聚氨酯缓冲吸能效果分析

5.3 PBDMS改性发泡聚氨酯动态力学性能分析

5.4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间主要研究成果